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Este tema reconstruye el átomo desde la grieta que abrieron los espectros atómicos en el modelo clásico hasta la imagen mecanocuántica del orbital. Recorre la cuantización de Planck, el modelo de Bohr para el hidrógeno, la dualidad onda-corpúsculo y el principio de incertidumbre, y culmina con los números cuánticos y las reglas (Pauli, Hund, Aufbau) que permiten escribir cualquier configuración electrónica. Abre el Bloque A de Química de 2.º de Bachillerato (LOMLOE) y es la base de toda la Selectividad: sin entender el orbital no se entienden la tabla periódica ni el enlace.
4seccionesca. 20min de lectura3competenciasNivelBásico 1 · Estándar 2 · Profundización 1Revisado · 06/2026
nivel básico
Como materia de modalidad, todo el tema es exigible en la fase de acceso de la Selectividad: domina los postulados cualitativos (espectros, cuantización, orbital, números cuánticos) y las configuraciones electrónicas sin error.
nivel avanzado
Para la fase de admisión y para un sobresaliente, profundiza en el cálculo cuantitativo (Rydberg, energías de Bohr, de Broglie, incertidumbre) y en la justificación de las excepciones de llenado (Cr, Cu) y de los estados excitados.
Lesetiefe: En profundidad
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Comparación de espectros: continuo, emisión y absorción
Relación fundamental de la onda electromagnética
La velocidad de la luz en el vacío, c = 3,00·10^8 m/s, liga la longitud de onda y la frecuencia: son inversamente proporcionales.
Energía de un fotón
Cada fotón transporta una energía proporcional a su frecuencia; h es la constante de Planck, 6,63·10^{-34} J·s.
Ecuación empírica de Rydberg (hidrógeno)
Reproduce las líneas del hidrógeno; R_H = 1,097·10^7 m^{-1}, con n_1 < n_2 enteros. Para la serie de Balmer n_1 = 2.
La línea roja del espectro del hidrógeno tiene una longitud de onda de 656 nm. Calcula su frecuencia y la energía de cada fotón. Datos: c = 3,00·10^8 m/s; h = 6,63·10^{-34} J·s.
656 nm = 656·10^{-9} m = 6,56·10^{-7} m.
Se despeja de c = λ·ν: ν = c/λ = (3,00·10^8) / (6,56·10^{-7}).
E = h·ν = (6,63·10^{-34})·(4,57·10^{14}).
Resultado: ν ≈ 4,57·10^14 Hz y E ≈ 3,03·10^{-19} J (≈ 1,89 eV). Es una línea de la serie de Balmer, en la región visible (roja).
Errores frecuentes
Repaso activo
Una lámpara de descarga de hidrógeno produce, entre otras, una línea roja en la región visible. (a) Explica por qué su espectro está formado por líneas y no por una banda continua. (b) Indica a qué serie del hidrógeno pertenece la línea visible y razona, sin calcular, si la línea de Lyman de menor longitud de onda es más o menos energética que la línea roja de Balmer.
Recuerdo activo
Recuerda los puntos clave — luego revela.
Fuentes: Real Decreto 243/2022 — enseñanzas mínimas del Bachillerato (saberes básicos, Anexo II) (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE))
Diagrama de niveles de energía del hidrógeno y series espectrales
Energía de los niveles del átomo de hidrógeno (Bohr)
n es el número cuántico principal (entero positivo). El nivel fundamental (n=1) es el más estable; al crecer n la energía tiende a 0 (electrón libre).
Energía de una transición electrónica
El fotón absorbido o emitido tiene exactamente la energía del salto. Si el electrón baja, el átomo emite; si sube, absorbe.
Energía de ionización del hidrógeno (desde n=1)
Es la energía mínima para llevar el electrón desde el estado fundamental hasta quedar libre (n → ∞, E = 0).
Calcula la energía liberada cuando el electrón de un átomo de hidrógeno pasa del nivel n = 3 al nivel n = 2, y la longitud de onda de la línea emitida. Datos: h = 6,63·10^{-34} J·s; c = 3,00·10^8 m/s; 1 eV = 1,60·10^{-19} J.
E_3 = -13,6/9 = -1,511 eV; E_2 = -13,6/4 = -3,400 eV.
El electrón baja, así que se emite un fotón de energía igual a la diferencia (en valor absoluto).
ΔE = 1,889 · 1,60·10^{-19}.
De ΔE = hc/λ se despeja λ = hc/ΔE = (6,63·10^{-34}·3,00·10^8)/(3,02·10^{-19}).
Resultado: ΔE ≈ 1,89 eV (3,02·10^{-19} J) y λ ≈ 656 nm: es la línea roja de la serie de Balmer, en la región visible.
Errores frecuentes
Repaso activo
El electrón de un átomo de hidrógeno se encuentra en el nivel n = 4. (a) Calcula la energía, en eV y en julios, necesaria para arrancarlo por completo del átomo (ionización desde n = 4). (b) Si en lugar de ionizarse cae al nivel n = 2, ¿a qué serie pertenece la línea emitida y en qué región del espectro se observa?
Recuerdo activo
Recuerda los puntos clave — luego revela.
Fuentes: Currículo de Bachillerato (LOMLOE) — materias y saberes básicos (Ministerio de Educación, Formación Profesional y Deportes — educagob)
Formas de los orbitales s, p y d
Longitud de onda de De Broglie
Asocia una onda a toda partícula con cantidad de movimiento p = mv. Es grande para masas pequeñas (electrón) y despreciable para objetos macroscópicos.
Principio de incertidumbre de Heisenberg
Limita la precisión simultánea de posición (Δx) y cantidad de movimiento (Δp); h/4π ≈ 5,27·10^{-35} J·s.
Densidad de probabilidad (orbital)
El cuadrado de la función de onda da la probabilidad de encontrar el electrón en un elemento de volumen dV; el orbital es donde |ψ|² es apreciable.
Determina la longitud de onda asociada a un electrón que se mueve a 2,2·10^6 m/s y razona si su comportamiento ondulatorio es apreciable a escala atómica. Datos: h = 6,63·10^{-34} J·s; masa del electrón m = 9,11·10^{-31} kg.
La longitud de onda asociada es λ = h/(m·v).
λ = (6,63·10^{-34}) / (9,11·10^{-31} · 2,2·10^6).
El denominador vale 2,00·10^{-24} kg·m/s; al dividir se obtiene λ ≈ 3,3·10^{-10} m.
Resultado: λ ≈ 3,3·10^{-10} m (0,33 nm), del mismo orden que las distancias atómicas (≈ 10^{-10} m): por eso el carácter ondulatorio del electrón SÍ es apreciable y se manifiesta en la difracción de electrones.
Errores frecuentes
Repaso activo
Un electrón se mueve con una velocidad de 2,2·10^6 m/s. (a) Calcula su longitud de onda de De Broglie y compárala con el radio atómico típico (≈ 10^{-10} m) para razonar si sus efectos ondulatorios son apreciables. (b) Explica, basándote en el principio de incertidumbre, por qué no podemos asignarle una órbita definida como hacía Bohr.
Recuerdo activo
Recuerda los puntos clave — luego revela.
Fuentes: Real Decreto 243/2022 — enseñanzas mínimas del Bachillerato (saberes básicos, Anexo II) (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE))
Diagrama de Moeller: orden de llenado de los orbitales
Valores permitidos de los números cuánticos
Dado n, el secundario ℓ va de 0 a n−1; dado ℓ, el magnético m_ℓ toma 2ℓ+1 valores; el espín m_s es siempre +½ o −½.
Capacidad de un nivel
Hay n² orbitales en el nivel n y cada uno admite 2 electrones (Pauli), de donde resultan 2n² electrones como máximo.
Configuración electrónica del hierro
Ejemplo de aplicación de Aufbau: el 4s se llena antes que el 3d; la suma de superíndices (2+2+6+2+6+2+6) es 26, el número de electrones.
Llenado de un subnivel p según la regla de Hund
Para el átomo de hierro (Z = 26): (a) escribe su configuración electrónica e indica el número de electrones desapareados; (b) escribe la configuración del ion Fe³⁺ y razona qué orbitales se vacían primero.
Se llenan los subniveles en orden de energía hasta colocar 26 electrones: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶ (la suma da 26).
El subnivel 3d⁶ tiene cinco orbitales: por la regla de Hund se colocan 5 electrones desapareados y el sexto se aparea, quedando 4 desapareados.
Para Fe³⁺ se retiran 3 electrones: primero los dos del 4s (el orbital más externo) y luego uno del 3d.
Resultado: Fe es 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁶ con 4 electrones desapareados; Fe³⁺ es [Ar]3d⁵, porque en los cationes de transición se vacía primero el 4s y después el 3d (configuración 3d⁵ semillena, especialmente estable).
Errores frecuentes
Repaso activo
Para el elemento de número atómico Z = 25 (manganeso): (a) escribe su configuración electrónica completa aplicando los principios de Aufbau, Pauli y Hund e indica cuántos electrones desapareados tiene; (b) escribe la configuración del ion Mn²⁺ y razona de qué orbital se han retirado los electrones; (c) di si el conjunto de números cuánticos (3, 2, −2, +½) es posible para uno de sus electrones.
Recuerdo activo
Recuerda los puntos clave — luego revela.
Fuentes: Currículo de Bachillerato (LOMLOE) — materias y saberes básicos (Ministerio de Educación, Formación Profesional y Deportes — educagob)
Referencias y fuentes
Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE)
Ministerio de Educación, Formación Profesional y Deportes — educagob